淺談地源熱泵空調系統的應用

夏如杰　張潔

【摘 要】本文主要從建筑節能、環境保護、清潔能源等方面探討了地源熱泵在建筑工程中的應用必要性和現實意義。

【關鍵詞】建筑節能；地源熱泵；供熱空調系統

伴隨著國內建筑業的蓬勃發展，建筑節能要求不斷提升。就暖通工程而言，如何在保證冬季供熱采暖基本需求的基礎上最大程度降低大氣污染、減少供熱能耗進而節約能源是一項非常重要的工作。特別是大中型城市，大氣環境治理形勢較為嚴峻，竭力減少燃煤量，大力發展新型清潔能源迫在眉睫。

地源熱泵供暖空調系統通過一個熱泵機組與大地進行熱量交換并將能量輸送至建筑物內以實現供熱或供冷的目的。這類空調系統所需消耗的能源僅是傳統的供熱空調系統的50%，屬于一種典型的利用清潔可再生能源實現制冷或供暖的新型空調系統，目前已廣泛運用于商業、公共建筑、住宅等建筑物中。

1 地源熱泵空調系統節能的原理

一般傳統空調都是利用空氣中的熱能作為熱源的所謂空氣源熱泵空調，所以傳統空調也叫空氣源熱泵空調。空氣源熱泵空調的能量都是來自室外空氣，室外空氣的溫度受環境影響很大，在冬李室外溫度小于我們人類所需的舒適溫度，在夏季室外溫度大于我們人類所需的舒適溫度。為了獲得我們人類生存所需的舒適溫度，就需要用熱泵對室外空氣進行升溫或降溫加工處理，并把經加工處理后符合我們人類生存所需的舒適溫度搬運到室內、這就是空氣源熱泵空調工作的原理和過程。在這個過程中熱泵耗用了電能共作了“兩個功”，一個是對室外空氣作功，使室外空氣溫度升高或降低。另一個是搬運作功，為的是把冷熱量搬入房間。

地源熱泵就是利用大地中土壤里的熱能、地下水或地表水中的熱能作冷熱源，對建筑物進行供冷、供暖的空調技術。地球是一個最大的太陽能量載體，地表-6米以下的土壤及地下水溫度一年四季都在16-18℃幾乎不受地表環境溫度的影響。地源熱泵通過換熱器跟大地換熱，再用電能作功，把16-18℃的溫度直接搬運到室內。在冬季，起到制熱作用；在夏季起到制冷作用。這就是地源熱泵空調工作的原理和過程。在整個工作過程中，熱泵只需做“一個功”的，因而消耗的電能相對較少。

一般，要比較幾種不同空調系統的節能性，最直觀的方法，只要比較各空調主機的（源側）輸人載體溫度和輸出載體溫度的“溫差”即可，溫差越小的空調系統越節能。例如，比較傳統（空氣源）熱泵空調和地源熱泵空調的節能性能，以夏季為例：在兩種空調系統輸出載體溫度均為7℃時，比較空調主機的輸入載體溫度和輸出載體溫度的“溫差”就變成只要比較兩種空調系統源側輸入載體溫度的溫差，每相差1℃，節能效率相差3%。夏季，空氣源熱泵主機源側輸入溫度為35℃，地源熱泵主機源側輸入溫度為18℃。兩者相差17℃，即地源熱泵空調系統比空氣源熱泵空調系統節能51%。

2 地源熱泵應用是建筑節能的要求

國家大力提倡和鼓勵可再生持續能源的開發和利用，地源能作為可再生、可持續、新型環保的能源，其應用是建筑節能的要求。

2.1 《中華人民共和國節約能源法》第四條規定：“國家鼓勵開發利用新能源和可再生能源”，而地源熱泵所使用的地源能正是屬于可再生能源。

2.2 《建設部建筑節能“十五”計劃綱要》中明確指出“十五”期間建筑節能工作的重點之一是：“大力推進太陽能、河水、湖水、海水與地下能源及其他可再生能源在建筑中利用的工作”。

2.3 《民用建筑節能條例》和《公共機構節能條例》對建筑節能提出了明確的要求。

2.4 北京、上海、沈陽、江蘇、浙江和福建等省、市已開始推廣和強制推廣“地源熱泵”空調技術在建筑領域里的應用。國家對應用地源熱泵采取了扶持政策，地源熱泵項目按建筑面積補助40-120元/㎡。

3 地源熱泵的應用是環境保護的要求

3.1 2009年11月26日，我國政府正式將國內溫室氣體排放行動目標對外公布，力爭在2020年實現單位國內生產總值二氧化碳排放量比2005年降低40%-45%。

3.2 就我國北方而言，由于多數地區采用燃煤供暖，相應的大氣污染情況較為嚴重，這已經引起政府部門的高度重視。后續的燃油和燃氣采暖雖在一定程度上可以減少大氣污染，但過程中所產生的溫室氣體仍然會對大氣產生污染。夏季高溫季節，建筑物需要制冷，若室外溫度高，則空調負荷相對增大，過程中空調外機會同步向室外散熱，相應的冷凝溫差縮小，空調機的運轉效率也相應降低，耗電量也高。

響應國家推廣建筑節能實現可持續發展的需要新能源綜合利用是關系國際民生的戰略需要。我國地大物博，人口基數大，相應的建筑規模巨大。據不完全統計，住宅建設約占居住建筑的92%。到1999年底，我國設市城市為668個，當年全國城市新建房屋竣工面積4.3652億㎡，其中住宅2.97 16億㎡。當年底，總居住面積21.0112億㎡，人均使用面積達到14.2 ㎡。住宅建筑數量巨大，目前住宅基數不斷增長，增長速率非常強勁。由此看出，我國住宅建設正處于快速發展階段，不僅是中國歷史上的最高峰，也是世界上任何一個國家不可比擬的。

我們不能忽略的是國內房屋建筑快速增長背后所付出的高額能源消耗代價，住宅能源消耗已經成為僅次于土地資源之后的第二大消耗項目。“八五”期間，我國能源生產的年平均增長率3.6%，而建筑能耗年平均增長率為5.84%，大大超過了能源的增長率。長此以往不加改變，那么建設一種環境友好、可持續發展的和諧社會就是一句空話這就說明，除了堅決采取節約能源的措施之外，已別無它路。

近年，每到夏季和冬季，居民用電量猛增，面臨限時用電的尷尬境地，給未來經濟發展帶來了一定不利影響。現中央政府正大力提倡節約能源和節能產品的使用，并提出在“一十一五”期間，單位GDP節能20%的目標，任務非常艱巨。那么，要實現該節能目標，一個重要的方面就是要利用可再生、環保、經濟型能源。

國家新節能法：“鼓勵采用建筑節能技術、產品及系統。”

4 地源熱泵的應用是經濟發展的要求

從經濟角度來講，傳統的燃煤供暖需要消耗大量的煤炭資源。近年來燃煤的價格不斷上漲，相應的導致采暖價格的提高。后續的燃煤改燃氣、燃油，雖可降低大氣污染的程度，但初期投資相對增加，相應的也提高了供暖系統的運營成本。就北京市而言，冬季天然氣供暖費用已增加到30元/㎡，費用遠遠高于燃煤供暖19元/ ㎡，燃油供暖價格更是高達50元/㎡。

5 結束語

雖然，地源熱泵的應用會受到初投資較大、建筑的周圍要有足夠的空曠場地埋設地埋管等條件限制，還不能在建筑密度很大的城市中心地區應用。但是，在遠離城市中心區的新區、開發區和一些中小城市、新建城市還是具有廣闊的市場。推廣使用地源熱泵，使用湖（海、污）水源等地熱能、低谷電能等新能源，可有效降低建筑能耗50%以上，從國民經濟的可持續發展來看，具有舉足輕重的現實意義和深遠的歷史意義。

【參考文獻】

[1]袁敏，劉陽，馮莉.地源熱泵技術與建筑節能[J].陜西建筑，2013（04）：23-24.

[2]羅迎賓，梁路軍，季柳金.地源熱泵在建筑節能領域的應用[J].建筑節能，2008（09）：54.

[3]黃偉祥，何連海.地源熱泵技術在建筑節能設計中的運用[J].建筑施工，2008（07）：34-35.

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